DE102013217963A1 - Multi-generator system - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß werden ein System mit mehreren Generatoren (2) (Multi-Generator-System) und ein dazu gehöriges Regelungsverfahren vorgeschlagen. Die Generatoren (2) weisen jeweils eine Steuerung für den Energiefluss auf und sind an einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (4) angeschlossen, der über einen Netzwechselrichter (7) mit einem Wechselstromnetz (8) verbunden ist. Die von einem oder mehreren Generatoren (2) gelieferte Wirkleistung ist von der Steuerung für den Energiefluss abregelbar, wobei die Abregel-Funktion eine übergeordnete Steuerfunktion ist.According to the invention, a system with several generators (2) (multi-generator system) and a corresponding control method are proposed. The generators (2) each have a control for the energy flow and are connected to a common DC voltage intermediate circuit (4), which is connected via a network inverter (7) with an AC network (8). The active power delivered by one or more generators (2) can be regulated by the controller for the energy flow, wherein the regulation function is a superordinate control function.
Description
Die Erfindung betrifft ein System mit mehreren Generatoren (Multi-Generator-System), die jeweils eine Steuerung für den Energiefluss aufweisen und an einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen sind, der über einen Netzwechselrichter mit einem Wechselstromnetz verbunden ist. The invention relates to a system with multiple generators (multi-generator system), each having a control for the energy flow and are connected to a common DC voltage intermediate circuit, which is connected via a network inverter with an AC power.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Regelungsverfahren für ein System mit mehreren Generatoren (Multi-Generator-System), die jeweils eine Steuerung für den Energiefluss aufweisen und an einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen sind, der über einen Netzwechselrichter mit einem Wechselstromnetz verbunden ist. Furthermore, the invention relates to a control method for a system with multiple generators (multi-generator system), each having a control for the energy flow and are connected to a common DC voltage intermediate circuit, which is connected via a grid inverter with an AC power.
Die benötigte elektrische Energie wird zunehmend von regenerativen Energiequellen bereitgestellt. Aufgrund des wachsenden Anteils regenerativer Energiequellen ist es notwendig, diese auch an der dynamischen Netzstützung zu beteiligen. Diese Funktion erlaubt das Überbrücken von kurzzeitigen Netzeinbrüchen und wird als FRT (Fault Ride Through) bezeichnet. The required electrical energy is increasingly provided by renewable energy sources. Due to the growing share of regenerative energy sources, it is necessary to include them in the dynamic grid support. This feature allows bridging short-term network dips and is referred to as FRT (Fault Ride Through).
Regenerative Energiequellen werden zunehmend über einen Netzwechselrichter an das Energieversorgungsnetz angeschlossen. Dabei ist eine 1:1-Zuordnung zwischen Energiequelle und Netzwechselrichter der aktuell praktizierte Stand der Technik. Renewable energy sources are increasingly connected via a grid inverter to the power grid. A 1: 1 assignment between the energy source and the power inverter is currently the current state of the art.
Beispiele:
- • 1 PV-Feld wird über einen Wechselrichter an das Energieversorgungsnetz angeschlossen.
- • 1 Windrad wird über einen Voll-Umrichter an das Energieversorgungsnetz angeschlossen.
- • 1 PV field is connected to the power grid via an inverter.
- • 1 wind turbine is connected to the power grid via a full inverter.
Zukünftig werden Multi-Generator-Systeme entstehen, in denen mehrere regenerative Energiequellen (Photovoltaik-Felder, Wind- und Wassergeneratoren) mit Speichern (z.B. Batteriespeicher stationär oder in Elektrofahrzeugen) und steuerbaren Verbrauchern (Elektrolyseure, Kühlgeräte) an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis zusammengeschaltet und über einen gemeinsamen Netzwechselrichter mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind. In the future, multi-generator systems will arise in which several regenerative energy sources (photovoltaic panels, wind and water generators) with storage (eg battery storage stationary or in electric vehicles) and controllable consumers (electrolysers, cooling units) interconnected at a common DC voltage intermediate circuit and a common grid inverters are connected to the power grid.
Dabei wird folgendes Regelungskonzept angewendet:
- • Die generatorseitigen leistungselektronischen Stellglieder arbeiten im MPP(Maximum Point of Power), bei dem die maximal mögliche Leistung in den gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird.
- • Leistungselektronische Stellglieder zur Anbindung eines Speichers(z.B. DC/DC-Steller für Batteriespeicher) erhalten einen Leistungssollwert von einem überlagerten Steuerungssystem.
- • Der Netzwechselrichter regelt die Spannung im gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis auf einen konstanten Wert und speist damit die Nettoleistung der Generatoren in das Energieversorgungsnetz ein.
- • The generator-side power electronic actuators work in the MPP (Maximum Point of Power), in which the maximum possible power is fed into the common DC voltage intermediate circuit.
- • Power electronic actuators for connecting a memory (eg DC / DC controller for battery storage) receive a power setpoint from a higher-level control system.
- • The grid inverter regulates the voltage in the common DC link to a constant value and thus feeds the net power of the generators into the power grid.
Für diesen Verbund gilt ebenfalls die Anforderung, FRT (Fault Ride Through) zu beherrschen. Tritt ein Spannungseinbruch im Versorgungsnetz ein, nimmt das Energieversorgungsnetz keine oder nur geringe Wirkleistung auf. Der Netzwechselrichter kann dann nur noch einen Teil oder gar keine Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis in das Energieversorgungsnetz einspeisen. Erfolgt in dieser Zeit in Summe eine Energiezufuhr in den gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis, kommt es ab einer bestimmten Dauer des Netzeinbruchs zu einer Störabschaltung des Netzwechselrichters aufgrund von Überspannung. Die FRT-Funktion wird dann nicht erfüllt.
- • Besteht zwischen den leistungselektronischen Stellgliedern und dem Netzwechselrichter des Multi-Generator-Systems eine Kommunikationsverbindung, kann in bekannter Art und Weise der Netzwechselrichter die motorischen und generatorischen Leistungssollwerte aller anderen leistungselektronischen Stellglieder steuern und so einen irregulären Spannungszustand im Gleichspannungszwischenkreis vermeiden. Alternativ wäre es möglich, die Impulse in allen generatorisch arbeitenden leistungselektronischen Stellgliedern zu sperren und so die Energiezufuhr in den Gleichspannungszwischenkreis abzuschalten. Allerdings ist dann nach dem Beenden des FRT eine schnelle Bereitstellung von Wirkleistung im Energieversorgungsnetz nicht mehr möglich, da die generatorisch arbeitenden leistungselektronischen Stellglieder erst wieder auf ihre Generatoren synchronisiert werden müssen. Die dafür erforderliche Zeit beträgt einige Sekunden bzw. sogar Minuten und überschreitet damit die maximal zulässige Zeit für die Wiedereinspeisung von Wirkleistung nach einem FRT, die bei ca. 5 s liegt.
- • If there is a communication link between the power electronic actuators and the power inverter of the multi-generator system, the power inverter can, in a known manner, control the motor and generator power setpoints of all other power electronic actuators, thus avoiding an irregular voltage condition in the DC link. Alternatively, it would be possible to block the pulses in all power-electronic actuators operating as generators and thus to switch off the supply of energy to the DC intermediate circuit. However, then after the termination of the FRT a rapid provision of active power in the power grid is no longer possible because the regenerative power electronic actuators need to be synchronized again to their generators. The time required for this is a few seconds or even minutes and thus exceeds the maximum permissible time for the reintroduction of active power after an FRT, which is approximately 5 s.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Multi-Generator-System der obengenannten Art vorzuschlagen, bei dem die FRT-Funktion z.B. auch bei einem Spannungseinbruch im Wechselstromnetz ohne die genannten Nachteile sichergestellt wird. The invention is therefore based on the object to propose a multi-generator system of the above type, in which the FRT function, e.g. Even with a voltage dip in the AC mains without the disadvantages mentioned is ensured.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Regelungsverfahren für ein Multi-Generator-System der oben genannten Art vorzuschlagen, das die FRT-Funktion z.B. auch bei einem Spannungseinbruch ohne die genannten Nachteile sicherstellt. A further object of the invention is to propose a control method for a multi-generator system of the above type, which has the FRT function e.g. even with a voltage dip without the disadvantages mentioned ensures.
Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die von einem oder mehreren Generatoren gelieferte Wirkleistung von der Steuerung für den Energiefluss abregelbar ist, wobei die Abregel-Funktion eine übergeordnete Steuerfunktion ist. The object is achieved according to
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn nach Anspruch 2 die Steuerung für den Energiefluss ein leistungselektronisches Stellglied aufweist, das über die Steuerfunktion MPP-Tracking verfügt, wobei die Abregel-Funktion dem MPP-Tracking übergeordnet ist. An advantageous development of the invention is when, according to
Die weitere das Regelungsverfahren betreffende Aufgabe wird nach Anspruch 8 dadurch gelöst, dass die von einem oder mehreren Generatoren gelieferte Wirkleistung von der Steuerung für den Energiefluss abgeregelt wird, wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis einen ersten Schwellwert überschreitet. The further object relating to the control method is achieved according to
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing. Show it:
Als Generatoren
Mit der Abregel-Funktion bzw. Energieflussänderung lässt sich ein Fault Ride Through (FRT) bei kurzzeitigen Netzeinbrüchen sicherstellen. Hierzu sind ein oder mehrere Überwachungsglieder
Tritt nun ein FRT ein, reduzieren einige oder alle generatorseitigen leistungselektronischen Stellglieder
In
Zur Energieeinspeisung eines Photovoltaik-Generators PV wird dieser gemäß
Der Arbeitsbereich des generatorseitigen Wechselrichters und des Photovoltaik-Wechselrichters ist in
Die Sicherstellung des FRT nach dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hat folgende Vorteile:
- • Es ist keine Kommunikation zwischen dem Netzwechselrichter und den leistungselektronischen Stellgliedern, die die Generatoren betreiben, erforderlich.
- • Es erfolgt keine Abschaltung von Generatoren. Damit kann die Leistungseinspeisung nach einem FRT hinreichend dynamisch wieder aufgenommen werden.
- • Die Abregel-Funktionen der leistungselektronischen Stellglieder, die die Generatoren betreiben, sind in Software kapselbar, separat prüfbar und zertifizierbar.
- • There is no need for communication between the grid inverter and the power electronic actuators that operate the generators.
- • There is no shutdown of generators. Thus, the power supply can be resumed sufficiently dynamically after a FRT.
- • The control functions of the power electronic actuators operating the generators are encapsulated in software, separately testable and certifiable.
In
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DE201310217963 DE102013217963A1 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Multi-generator system |
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DE201310217963 Withdrawn DE102013217963A1 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Multi-generator system |
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- 2013-09-09 DE DE201310217963 patent/DE102013217963A1/en not_active Withdrawn
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